镉污染对凤眼莲生长和生理生化指标的影响

2016-11-09 07:20田俊杰侯丹袁伟哲
农业与技术 2016年15期
关键词:凤眼莲戊二醛叶绿素

田俊杰++侯丹++袁伟哲

摘 要:以凤眼莲作为镉污染水体的修复植物,研究镉胁迫对该植株生长、叶绿素、类胡萝卜素及丙二醛含量的影响,结果表明镉浓度0.3mg/L浓度中的凤眼莲,主根木质化程度尤为严重;随着镉浓度的增加,凤眼莲叶片中叶绿素和类胡萝卜素含量呈下降的趋势;膜脂过氧化程度加大,导致膜的损伤和破坏程度也增大。

关键词:镉污染;凤眼莲;叶绿素;类胡萝卜素;戊二醛

中图分类号:Q949.72 文献标识码:A DOI:10.11974/nyyjs.20160832012

随着矿产资源大量开发利用,各种化学产品、农药、化肥的广泛使用以及城市污泥、污水的农用,重金属对土壤、水体的污染越来越严重。Cd是植物的非必需元素,Cd进入植物并积累到一定程度,就会表现出毒害症状,通常会出现生长缓慢、植株矮小、退绿、产量下降等症状[1]。植物对重金属污染的治理具有极大的应用潜力,已引起世界各国科学家的广泛关注[2]。凤眼莲(Eichhornia crassipes),别名水葫芦、水浮莲、洋雨久、凤眼蓝。雨久花科(Pontedriaceae)凤眼莲属(Eichhornia),多年生草本植物,浮水或生泥沼中。本试验以凤眼莲作为镉污染水体的修复植物,研究镉胁迫对该植株生长、叶绿素含量、丙二醛含量及根系过氧化物酶活性的影响,以期为镉污染水体的植物修复提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

凤眼莲购于长春市青衣坊花鸟鱼市场,在吉林农业大学资源与环境学院试验基地温室培养。

1.2 方法

1.2.1 植株处理

选取年龄和生长状况基本一致的植株,用自来水除去其根部的泥沙和其它杂物,然后水培在温室内塑料盆中,塑料盆容积为4L。水培溶液为1/2浓度的Hoagland和Arnon营养液。植株采样、预处理方法参见文献[3]。

1.2.2 生理生化指标的测定方法

叶绿素含量、类胡萝卜素及丙二醛含量的测定方法参见文献[3]。

1.2.3 植株干样镉含量的测定方法

由标准贮备溶液稀释配置,用0.2%硝酸进行稀释,制成的溶液镉浓度为0ug/mL,1.0ug/mL,2.0ug/mL,3.0ug/mL,4.0ug/mL,5.0ug/mL,10.0ug/mL,绘制标准曲线。准确称取1g干样于消煮管,加入8mL浓硝酸和2mL高氯酸,在远红外消煮器低温加热,待黄烟散尽后,继续加热至溶液近干,加入少量水,消解至白烟冒尽,此时溶液为无色透明。消解好的溶液转移入25mL容量瓶中,用水定容。采用火焰原子吸收分光光度法测定镉,通过标准曲线得到镉含量。

2 结果与分析

2.1 镉对修复植物生长的影响

空白组的凤眼莲在整个实验期内生长正常,根状茎粗短,密生多数细长须根,呈黑色,叶片深绿色,光滑,葫芦状的气囊膨大且圆;在培养15d时80%的植物开紫色亮丽的花朵,花期3~5d后结卵圆形果。在镉处理溶液中的凤眼莲从第3天开始呈现不同程度的毒害症状,镉处理浓度越大,时间越长,毒害症状越明显。镉浓度0.01mg/L对凤眼莲的影响最小,植株稍微变矮整个试验期间只有30%的植株开过花。在镉浓度0.1mg/L和0.3mg/L溶液中的凤眼莲的生长明显受到抑制,植株生长缓慢,矮小;葫芦状的气囊变小甚至消失;叶片有不同程度的黄斑,厚度变薄;只有个别植株开花;根系主根木质化,须根变少,颜色变浅。在镉浓度0.3mg/L浓度中的凤眼莲,主根木质化程度尤为严重。

2.2 镉胁迫对叶绿素和类胡萝卜素含量的影响

不同镉处理浓度对凤眼莲叶绿素含量的影响如图1所示,随镉浓度的增加,凤眼莲叶片中叶绿素的含量呈下降的趋势。对照组叶绿素的含量为14.01mg/dm2,镉浓度0.3mg/L时为4.6mg/dm2,只有对照组的33%。

镉主要是与蛋白质结合态存在,它们可与蛋白质的—SH基(或其他侧链)结合,或取代其中的Fe2+,Zn2+等,直接破坏叶绿体的结构,或使叶绿体酶活性发生变化,进而影响叶绿素的合成及植物的光合作用。随着各处理浓度的增加,叶绿素含量开始下降。镉通过对光合作用色素的影响来干扰植物的光合作用。镉对叶绿素含量的影响与镉的浓度、植物种类、植物生长发育时期有关。

镉引起植物叶绿素含量下降的主要原因有:镉被植物吸收后,细胞内的镉作用于叶绿素生物合成途径的几种酶(原叶绿素酯还原酶、δ-氨基乙酰合成酶和胆色素原脱氨酶)的肽链中富含-SH的部分,改变了它们的正常构型,抑制了酶的活性和阻碍了叶绿素的合成;镉进入植物叶内,在局部积累过多,与叶绿体上的-SH等结合或取代其中的Zn2+等,破坏了叶绿体的结构和功能活性,从而导致叶绿素含量的下降;镉也能干扰Fe的代谢,降低植物体内Fe的有效性;镉通过拮抗作用干扰植物对Zn、Mg等元素的吸收、迁移,阻断营养元素向叶部的输送,使叶绿素合成能力受到干扰;镉引起植物防御系统的破坏,导致叶绿体内氧自由基增多,叶绿体膜系统受损,使叶绿素降解。

镉对凤眼莲类胡萝卜素含量的影响如图2所示,类胡萝卜素与镉的浓度有很好的一致性,随着镉浓度的增加,类胡萝卜素的含量下降。其原因类似于叶绿素。

2.3 镉胁迫对丙二醛含量的影响

丙二醛(MDA)是膜脂过氧化作用的产物,其含量高低被用作膜伤害指标。由图3-4可知,在试验中,空白组叶片内的MDA含量随时间逐渐增大,但增幅较小。试验的1~30d,凤眼莲叶片MDA含量随着镉处理浓度的增加而增加,但是空白组与3个镉处理组叶片内的MDA含量差别不大;而在Cd处理的30~70d,空白组与3个镉处理组叶片内MDA含量随着Cd处理浓度的增加而大幅增加。这一结果表明,随着Cd处理浓度的增加,凤眼莲的膜脂过氧化程度加大,导致膜的损伤和破坏程度也增大。

3 结论

本试验以凤眼莲作为镉污染水体的修复植物,研究镉胁迫对该植株生长、叶绿素含量及丙二醛含量的影响,结果表明镉浓度0.01mg/L对凤眼莲的影响最小,植株稍微变矮整个试验期间只有30%的植株开过花,镉浓度0.3mg/L浓度中的凤眼莲,主根木质化程度尤为严重。随镉浓度的增加,凤眼莲叶片中叶绿素和类胡萝卜素含量呈下降的趋势,其膜脂过氧化程度加大,导致膜的损伤和破坏程度也增大。

参考文献

[1]谭彩云,林玉满,陈祖亮.凤眼莲净化水中重金属的研究[J].亚热带与资源环境学报,2009(1):25-30.

[2]陈志良,莫大伦,仇荣亮.镉污染对烟草叶片超微结构及部分元素含量的影响[J].环境保护科学,2014,33(3):514-519.

[3]高明波,柳展基,于翠梅,曹萍,刘世强.盐胁迫水稻愈伤组织的生理生化指标检测[J].沈阳农业大学学报,1999(1):404-407.

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